End cap with an integral flow diverter

Description

TECHNICAL FIELD

[0001] The subject invention relates to automotive heat exchangers and more particularly to the tank of an automotive radiator with a flow diverter.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Various flow diverters are well known in the prior art which allow coolant to be directed into the tank of a heat exchanger. Examples of such a flow diverters are disclosed in the U.S. Patent 5,186,249 (the '249 patent) to Bhatti et al. and the U.S. Patent 5,465,783 (the '783 patent) to O'Connor.

[0003] The '249 patent discloses a heat exchanger that comprises a core, a plurality of inlet and outlet flow tubes, an inlet and return tank, and a plurality of baffles. The baffles are located within the inlet and return tank for providing uniform coolant flow through the inlet and outlet flow tubes. An inlet baffle is positioned angularly within the inlet tank with respect to the flow axis for directing coolant into the inlet tank. The surface of the inlet baffle is perforated to allow some coolant to pass directly through to the tubes directly behind. A return baffle is connected to the outer wall of the return tank such that its surface is positioned parallel to the flow axis of the tubes. The return baffle is positioned to slow the low temperature coolant that has entered the return tank from the inlet tubes. This provides more uniform coolant flow through the outlet flow tubes which results in better thermal performance while reducing erosion in the outlet flow tubes.

[0004] The '783 patent discloses several embodiments of a sacrificial erosion bridge for a heat exchanger having an inlet pipe, an inlet tank and a core comprised of flow tubes. As the coolant enters the inlet tank from the inlet pipe, the coolant strikes the sacrificial erosion bridge which in turn deflects the coolant away from the ends of the flow tubes and into the inlet tank. This reduces the erosion of the ends of the flow tubes. In a first embodiment, the sacrificial erosion bridge is brazed to the inlet tank such that it is in the direct path of the coolant flow. This directs the coolant in two directions along the length of the inlet tank. In a second embodiment, the sacrificial erosion bridge has a flow diverter rib. This flow diverter rib runs parallel to the row of flow tubes. When coolant enters the inlet tank from the inlet tube, the rib divides the coolant into two paths away from the flow tubes and into the inlet tank. In a third embodiment, the sacrificial erosion bridge is formed to be integral to the inlet pipe. The sacrificial erosion bridge is formed as an inlet cup on the end of the inlet pipe. The inlet cup extends beyond the inlet pipe and has a closed end. There are a number of holes, formed around the circumference of the inlet cup, that allow coolant to enter the inlet tank without directly contacting the inlet pipes. A fourth embodiment discloses an inlet cup that, instead of having holes and a closed end, has an end that forms an angled flap to direct coolant into the inlet tank an away from the flow tubes.

[0005] In all of these embodiments, the flow diverter is an independent component requiring manufacture and fabrication into the tank.

[0006] JP 2001311596 discloses a heat exchanger with a core, a tank, and an end cap.

BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION AND ADVANTAGES

[0007] The subject invention provides a sacrificial erosion device integrated within the end cap of the inlet tank to direct the coolant away from the tank walls and into the tank.

[0008] A heat exchanger comprises a core that includes fins and tubes extending between opposite ends. A tank has a longitudinal axis and extends across one end of the core and is in fluid communication with the tubes. The tank has an open end and defines an inlet on an inlet axis adjacent the open end and transverse to the longitudinal axis. An end cap closes the open end and presents an inlet diverter wall extending into the tank across the inlet axis for redirecting fluid from the inlet and longitudinally into the tank and along the one end of the core.

[0009] The vast majority of the automotive heat exchanger market is dominated by heat exchangers comprising an aluminum core and a plastic tank. The all aluminum type of heat exchanger is favorable because of the packaging advantages that result from a smaller tank width that can be incorporated from the elimination of the tank to header crimp area. However, this narrow tank width creates concerns from a flow erosion perspective. Aluminum materials are sensitive to coolant impingement. Therefore, the erosion resulting from the entrance of the coolant into the inlet tank must be avoided to insure an extended useful service life.

[0010] To solve this problem, a flow diverter integrated within the end cap of the inlet tank. This flow diverter is placed in the direct path of the coolant flow such that it directs the coolant into the tank and away from the tank walls. One of the advantages of incorporating the flow diverter into the end cap is that it eliminates the secondary process of welding a flow diverter onto the tank walls thus reducing the overall number of parts needed for assembly.

BRIEF DESCRIPTION OF THE SEVERAL VIEWS OF THE DRAWINGS

[0011] Other advantages of the present invention will be readily appreciated as the same becomes better understood by reference to the following detailed description when considered in connection with the accompanying drawings wherein:

FIG. 1 is a perspective view, partially broken away and in cross-section, of a heat exchanger;

FIG. 2 is an exploded perspective view, partially broken away and in cross-section, of the heat exchanger and end;

FIG. 3 cap is a partial cross-sectional view of the tank assembly;

FIG. 4 is a perspective view of the end cap;

FIG. 5 is a view like FIG. 2, but showing a second embodiment of the invention; and

FIG. 6 is a perspective view of the end cap of the second embodiment of the invention.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0012] Referring to the Figures, wherein like numerals indicate like or corresponding parts throughout the several views, an aluminum heat exchanger 10, such as a radiator, is generally shown at 10 in FIG. 1.

[0013] The heat exchanger 10 includes fins 14 and tubes 16 extending between opposite ends of a core 12. Additionally, a tank 18 with a longitudinal axis 20 extends across one end of the core 12 and is in fluid communication with the tubes 16.

[0014] The tank 18 is rectangular in cross section with an open end 26 and a tube wall 50 surrounding the tubes 16, shown in more detail in FIG. 2. First 54 and second 56 side walls are parallel and extend between the tube wall 50 and an outer wall 52. An inlet 38 is disposed in the first wall 54 on an inlet axis 28 adjacent the open end 26 and extends transverse to the longitudinal axis 20 of the tank 18.

[0015] An end cap, generally shown at 30, closes the open end 26 of the tank 18 and includes a peripheral flange 40 that extends over and engages the open end 26 of the tank 18, as shown in FIGS. 2 and 3. A peripheral waist 48 depends from the peripheral flange 40 and engages the interior of the tank 18. An inlet diverter wall 32, tube diverter wall 34, face 58 and rear wall 60 depend from the peripheral waist 48. The inlet diverter wall 32 extends into the tank 18 across the inlet axis 28 for redirecting fluid from the inlet 38 and longitudinally into the tank 18 along the end of the core 12. The tube diverter wall 34 also extends longitudinally into the tank 18 in a spaced relationship to the tubes 16 of the core 12 for directing fluid out of the tubes 16 and longitudinally into the tank 18. The tube diverter wall 34 adjoins the inlet diverter wall 32 to define a corner 36 therebetween.

[0016] The inlet 32 and tube diverter walls 34 are planar and slant away from the first side wall 54 and tube wall 50 respectively creating an acute angle A with said inlet axis 28. Accordingly, the inlet diverter wall 32, tube diverter wall 34, and corner 36 extend into the tank 18 in a pyramidal fashion. The diverter walls 32, 34 and face and rear walls 60 converge at a linear peak 62 that extends along a peak from the corner 36 to the rear wall 60.

[0017] The face wall 58 extends straight from the peripheral waist 48 and engages the second 56 of the side walls 54, 56 of the tank 18. Similarly, the rear wall 60 extends straight from the peripheral waist 48 and engages the outer wall 52 of the tank 18.

[0018] A core reinforcement extension 44 extends from the core 12 parallel to the longitudinal axis 20 and defines an access slot 46. The end cap 30 includes a locking tab 42 that extends through the access slot 46 when the end cap 30 is inserted in the open end 26 of the tank 18. To initially secure the end cap 30 into the open end 26 of the tank 18, the core reinforcement extension 44 is bent over the locking tab 42. Similarly, the end of the core reinforcement extension 44 is bent over the peripheral waist 48 adjacent the locking tab 42, temporarily securing the assembly. To permanently secure the end cap 30 into the open end 26 of the tank 18, the end cap 30 is brazed to the tank 18.

[0019] An alternate embodiment of the invention is shown generally in FIG. 5. The inlet 32 and tube diverter walls 34 are curved and slanted away from the first side wall 54 and tube wall 50 respectively, as show in FIG. 6. Accordingly, the inlet diverter wall 32 presents a convex surface 22 that curves across and faces the inlet axis 28 at an acute angle A. This could also be a concave surface or a combination thereof.

Claims

1. A heat exchanger (10) comprising:

a core (12) including fins (14) and tubes (16) extending between opposite ends;

a tank (18) having a longitudinal axis (20) and extending across one end of said core (12) and in fluid communication with said tubes (16); said tank (18) having an open end (26) and defining an inlet (38) on an inlet axis (28) adjacent said open end (26) and transverse to said longitudinal axis (20); and

an end cap (30) closing said open end (26) and presenting an inlet diverter wall (32) extending into said tank (18) across said inlet axis (28) for re-directing fluid from said inlet (38) and longitudinally into said tank (18) and along said one end of said core (12).

2. A heat exchanger (10) in claim 1 wherein said inlet diverter wall (32) slants away from said inlet (38) at an acute angle A to said inlet axis (28).

3. A heat exchanger (10) in claim 2 wherein said inlet diverter wall (32) is planar.

4. A heat exchanger (10) in claim 2 wherein said inlet diverter wall (32) is curved.

5. A heat exchanger (10) in claim 4 wherein said inlet diverter wall (32) presents one of a convex and concave surface facing said inlet (38) and curving across said inlet axis (28) at an acute angle A.

6. A heat exchanger (10) in claim 2 wherein said end cap (30) further comprises a tube diverter wall (34) extending longitudinally into said tank (18) in spaced relationship to said tubes (16) of said core (12) and adjoining said inlet diverter wall (32) to define a corner (36) therebetween to direct fluid out of said tubes (16) and longitudinally into said tank (18).

7. A heat exchanger (10) in claim 6 wherein said tube diverter wall (34) is planar.

8. A heat exchanger (10) in claim 7 wherein said tube diverter wall (34) slants away from said tube wall (50).

9. A heat exchanger (10) in claim 8 wherein said corner (36) extends into said tank (18) in a pyramidal fashion.

10. A heat exchanger (10) in claim 6 wherein said tube diverter wall (34) is curved.

11. A heat exchanger (10) in claim 6 including a core reinforcement extension (44) extending from said core (12) parallel to said longitudinal axis (20) and defining an access slot (46), said end cap (30) including a locking tab (42) extending through said access slot (46).

12. A heat exchanger (10) in claim 11 wherein said core reinforcement extension (44) is bent over said locking tab (42).

13. A heat exchanger (10) in claim 1 wherein said end cap (30) is secured to said tank (18) by brazing.

14. A heat exchanger (10) in claim 1 wherein said tank (18) and said end cap (30) are aluminum.

15. A heat exchanger (10) in claim 6 wherein said end cap (30) includes a peripheral flange (40) extending over and engaging said open end (26) of said tank (18).

16. A heat exchanger (10) in claim 15 wherein said end cap (30) includes a peripheral waist (48) depending from said flange (40) and engaging the interior of said tank (18).

17. A heat exchanger (10) in claim 16 wherein said diverter walls (32, 34) extend inwardly from said waist (48) in a pyramidal fashion.

18. A heat exchanger (10) in claim 17 wherein said tank (18) is rectangular in cross section with a tube wall (50) surrounding said tubes (16) and an outer wall (52) and two parallel side walls (54, 56) extending between said tube (50) and outer walls (52), said inlet (38) being disposed in a first (54) of said side walls (52, 54), said end cap (30) including a face wall (58) extending straight from said waist (48) and engaging the second (54) of said side walls (52, 54) of said tank (18), said cap (30) including a rear wall (60) extending straight from said waist (48) and engaging said outer wall (52) of said tank (18).

19. A heat exchanger (10) in claim 18 wherein said diverter walls (32, 34) and said face (58) and rear walls (60) of said end cap (30) converge at a linear peak (62) extending from said corner (36) to said rear wall (60).

Ansprüche

1. Wärmetauscher (10), umfassend:

einen Kern (12) mit Rippen (14) und Rohren (16), die zwischen einander entgegengesetzten Enden verlaufen;

einen Tank (18), der eine Längsachse (20) hat und über ein Ende des genannten Kerns (12) verläuft und mit den genannten Rohren (16) in Fluidkommunikation steht;

wobei der genannte Tank ein offenes Ende (26) hat und auf einer Einlassachse (28) neben dem genannten offenen Ende (26) und quer zu der genannten Längsachse (20) einen Einlass (38) definiert, und

einen Endverschluss (30), der das genannte offene Ende (26) verschließt und eine Einlassumlenkwand (32) aufweist, die sich über die genannte Einlassachse (28) in den genannten Tank (18) hinein erstreckt zum Umlenken von Fluid von dem genannten Einlass (38) und längs in den genannten Tank (18) und entlang dem genannten einen Ende des genannten Kerns (12).

2. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei dem die genannte Einlassumlenkwand (32) von dem genannten Einlass (38) weg in einem spitzen Winkel A schräg zu der genannten Einlassachse (28) verläuft.

3. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, bei dem die genannte Einlassumlenkwand (32) eben ist.

4. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, bei dem die genannte Einlassumlenkwand (32) gekrümmt ist.

5. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 4, bei dem die genannte Einlassumlenkwand (32) eine konvexe oder konkave Oberfläche darstellt, die dem genannten Einlass (38) zugekehrt ist und sich über die genannte Einlassachse (28) in einem spitzen Winkel A krümmt.

6. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, bei dem der genannte Endverschluss (30) ferner eine Rohrumlenkwand (34) umfasst, die in beabstandeter Beziehung zu den genannten Rohren (16) des genannten Kerns (12) längs in den genannten Tank (18) hinein verläuft und an die genannte Einlassumlenkwand (32) angrenzt, so dass zwischen ihnen eine Ecke (36) definiert wird, um Fluid aus den genannten Rohren (16) und längs in den genannten Tank (18) zu leiten.

7. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 6, bei dem die genannte Rohrumlenkwand (34) eben ist.

8. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 7, bei dem die genannte Rohrumlenkwand (34) schräg von der genannten Rohrwand (50) weg verläuft.

9. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 8, bei dem sich die genannte Ecke (36) pyramidal in den genannten Tank (18) erstreckt.

10. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 6, bei dem die genannte Rohrumlenkwand (34) gekrümmt ist.

11. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 6 mit einer Kernverstärkungsverlängerung (44), die von dem genannten Kern (12) parallel zu der genannten Längsachse (20) verläuft und einen Zugangsschlitz (46) definiert, wobei der genannte Endverschluss (30) eine durch den genannten Zugangsschlitz (42) verlaufende Sicherungszunge (42) hat.

12. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 11, bei dem die genannte Kernverstärkungsverlängerung (33) um die genannte Sicherungszunge (42) umgebogen ist.

13. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei dem der genannte Endverschluss (30) durch Hartlöten an dem genannten Tank (18) befestigt ist.

14. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei dem der genannte Tank (18) und der genannte Endverschluss (30) aus Aluminium sind.

15. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 6, bei dem der genannte Endverschluss (30) einen Randflansch (40) hat, der über das genannte offene Ende (26) des genannten Tanks (18) verläuft und an ihm in Anlage ist.

16. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 15, bei dem der genannte Endverschluss (30) ein peripheres Mittelstück (48) aufweist, das von dem genannten Flansch (40) abhängt und an dem Inneren des genannten Tanks (18) in Anlage ist.

17. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 16, bei dem die genannten Umlenkwände (32, 34) von dem genannten Mittelstück (48) pyramidal einwärts verlaufen.

18. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 17, bei dem der genannte Tank (18) im Querschnitt rechteckig ist mit einer Rohrwand (50), die die genannten Rohre (16) umgibt, und einer Außenwand (52) und zwei zwischen der genannten Rohr- (50) und der genannten Außenwand (52) verlaufenden parallelen Seitenwänden (54, 56), wobei der genannte Einlass (38) in einer ersten (54) der genannten Seitenwände (52, 54) angeordnet ist, wobei der genannte Endverschluss (30) eine Stirnwand (58) aufweist, die sich von dem genannten Mittelstück (48) gerade aberstreckt und an der zweiten (54) der genannten Seitenwände (52, 54) des genannten Tanks (18) in Anlage ist, wobei der genannte Verschluss (30) eine Rückwand (60) aufweist, die sich von dem genannten Mittelstück (48) gerade aberstreckt und an der genannten Außenwand (52) des genannten Tanks (18) in Anlage ist.

19. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 18, bei dem die genannten Umlenkwände (32, 34) und die genannte Vorder- (58) und Rückwand (60) des genannten Endverschlusses (30) an einer linearen Spitze (62) zusammenlaufen, die von der genannten Ecke (36) zu der genannten Rückwand (60) verläuft.

Revendications

1. Échangeur de chaleur (10), comprenant :

une âme (12) incluant des ailettes (14) et des tubes (16) s'étendant entre des extrémités opposées ;

un réservoir (18) ayant un axe longitudinal (20) et s'étendant à travers une extrémité de ladite âme (12) et en communication fluidique avec lesdits tubes (16) ; ledit réservoir (18) ayant une extrémité ouverte (26) et définissant une entrée (38) sur un axe d'entrée (28) adjacent à ladite extrémité ouverte (26) et transversal audit axe longitudinal (20) ; et

un capuchon terminal (30) ferment ladite extrémité ouverte (26) et présentant une paroi de déviation d'entrée (32) s'étendant dans ledit réservoir (18) à travers ledit axe d'entrée (28) pour rediriger le fluide provenant de ladite entrée (38) longitudinalement vers ledit réservoir (18) et le long de ladite extrémité de ladite âme (12).

2. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite paroi de déviation d'entrée (32) est en pente en s'éloignant de ladite entrée (38) sous un angle aigu A par rapport audit axe d'entrée (28).

3. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 2, dans lequel ladite paroi de déviation d'entrée (32) est plane.

4. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 2, dans lequel ladite paroi de déviation d'entrée (32) est incurvée.

5. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 4, dans lequel ladite paroi de déviation d'entrée (32) présente une surface choisie parmi une surface convexe ou une surface concave, qui fait face vers ladite entrée (38) et qui est incurvée à travers ledit axe d'entrée (28) sous un angle aigu A.

6. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 2, dans lequel ledit capuchon terminal (30) comprend en outre une paroi de déviation de tube (34) s'étendant longitudinalement jusque dans ledit réservoir (18) sous une relation espacée par rapport auxdits tubes (16) de ladite âme (12) et adjacente à ladite paroi de déviation d'entrée (32) pour définir un coin (36) entre elles pour diriger le fluide hors desdits tubes (16) et longitudinalement vers ledit réservoir (18).

7. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 6, dans lequel ladite paroi de déviation de tube (34) est plane.

8. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 7, dans lequel ladite paroi de déviation de tube (34) est inclinée en éloignement de ladite paroi tubulaire (50).

9. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 8, dans lequel ledit coin (36) s'étend dans le réservoir (18) à la manière d'une pyramide.

10. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 6, dans lequel ladite paroi de déviation de tube (34) est incurvée.

11. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 6, comprenant une extension de renforcement d'âme (44) qui s'étend depuis ladite âme (12) parallèlement audit axe longitudinal (20) et définissant une fente d'accès (46), ledit capuchon terminal (30) incluant une patte de blocage (42) qui s'étend à travers ladite fente d'accès (46).

12. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 11, dans lequel ladite extension de renforcement d'âme (44) est cintrée par-dessus ladite de patte de blocage (42).

13. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit capuchon terminal (30) est fixé audit réservoir (18) par brasage.

14. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit réservoir (18) et ledit capuchon terminal (30) sont en aluminium.

15. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 6, dans lequel ledit capuchon terminal (30) inclut une bride périphérique (40) qui s'étend par-dessus ladite extrémité ouverte (26) dudit réservoir (18) et qui engage celle-ci.

16. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 15, dans lequel ledit capuchon terminal (30) inclut un rétrécissement périphérique (48) qui dépend de ladite bride (40) et qui engage l'intérieur dudit réservoir (18).

17. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 16, dans lequel lesdites parois de déviation (32, 34) s'étendent vers l'intérieur depuis ledit rétrécissement (48) à la manière d'une pyramide.

18. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 17, dans lequel ledit réservoir (18) a une section transversale rectangulaire avec une paroi tubulaire (50) qui entoure lesdits tubes (16) et une paroi extérieure (52) et deux parois latérales parallèles (54, 56) s'étendant entre ledit tube (50) et la paroi extérieure (52), ladite entrée (38) étant disposée dans une première (54) desdites parois latérales (52, 54), ledit capuchon terminal (30) incluant une paroi faciale (58) s'étendant en ligne droite depuis ledit rétrécissement (48) et engageant la seconde (54) desdites parois latérales (52, 54) dudit réservoir (18), ledit capuchon (30) incluant une paroi arrière (60) qui s'étend en ligne droite depuis ledit rétrécissement (48) et qui engage ladite paroi extérieure (52) dudit réservoir (18).

19. Échangeur de chaleur (10) selon la revendication 18, dans lequel lesdites parois de déviation (32, 34) et ladite paroi faciale (58) et ladite paroi arrière (60) dudit capuchon terminal (30) convergent en un pic linéaire (62) qui s'étend depuis ledit coin (36) vers ladite paroi arrière (60).

Drawing